LICENCE PROFESSIONNELLE MAII Les Réseaux de Terrain Principes Généraux

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Un avenir une formation,

Les Réseaux de TerrainPrincipes Généraux

Sommaire

1. Définition2. Les qualités du réseau3. Les avantages de l’approche réseau4. Le modèle O.S.I.5. Les topologies6. Les medias7. Conclusion

1. Définition

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On appelle réseau de terrain un système de communication à distance permettant de relier

entre eux, de manière fiable, suffisamment rapide et régulière, sur un média commun, un grand

nombre de dispositifs tel que:

• Automates programmables industriels • Régulateurs• Systèmes Numériques de Contrôle et de Commande• Stations de supervision et panneaux de signalisation• Détecteurs et Capteurs• Pré-actionneurs et actionneurs

2. Evolution des systèmes

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2.1. Approche classique

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2C 15m

LC100 HIC101

LZ110

LZ111

LV113 LT114

LAH115

LAH116

LZ117

LZ118

2C 33m

2C 35m

2C 35m

2C 35m

2C 34m

2C 33m

2.2. Approche mixte

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2C 15m

LC100 HIC101

LZ110

LZ111

LV113 LT114

LAH115

LAH116

LZ117

LZ118

2C 10m

2C 30m

2C 3m

2C 3m

2C 4m 2C 5

m

2C 5m2C 3m

LC100 (ES1)

LC100 (ES2)

2.3. Approche “Tout réseau de terrain”

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2C 15m2C 30m

2C 5m

2C 4m2C 5m

2C 2

m

LC100

HIC101

LZ110

LZ111

LV113 LT114

LAH115

LAH116

LZ117

LZ118

2C 2m

2C 4

0m (r

edon

danc

e du

med

ia)

2.4. Synthèse des trois solutions

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Solution Classique Mixte Réseau

Longueur des liaisons analogiques 70 8 0

Longueur des liaisons tout ou rien 135 15 0

Longueur des liaisons numériques 15 55 63

Longueur totale (m) 220 78 63

Nombre de câbles 7 7 1

3. Les qualités du réseau de terrain

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• Rapidité 10 à 10000 kBauds

• Malléabilité Ajout et retrait d’une station aisé

• Nombre de stations Une dizaine à un millier

• Maintenabilité Outils de diagnostic et de maintenance

• Portée 10 à 1000m

• Fiabilité Insensibilité aux perturbations électromagnétiques Détection d'erreurs Correction d'erreurs

• Alimentation des capteurs et pré-actionneurs

4. Les avantages de l’approche réseau

1. Réduction des coûts initiaux Réduction drastique du câblage Réduction du temps d’installation

2. Réduction des coûts de maintenance Complexité moindre Diagnostic à distance

3. Réduction des coûts d’évolution Ajout/retrait immédiat de nouvelles stations

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5. Le modèle O.S.I.

1. Définition• La normalisation dépend en France de l'AFNOR[1] qui est

rattachée directement à l'ISO[2]• Le modèle OSI[3] n'est ni un produit logiciel, ni un produit

matériel, c'est un concept fonctionnel d'organisation à l'aide d'une structure hiérarchisée, dénommée structure en couches.

• C'est un "Modèle de référence pour l'interconnexion des systèmes ouverts". Il est définit dans les documents ISO 7498 et CCITT X200. Un système sera dit ouvert quand il respecte ces procédures.

[1] Association Française de NORmalisation [2] International Standards Organisation[3] Open System Interconnexion

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2. Organisation généraleModèle en 7 couches

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Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1 PHYSIQUE

LIAISON

RESEAU

TRANSPORT

SESSION

PRESENTATION

APPLICATION

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•Caractéristiques mécaniques et media•Caractéristiques du signal•Procédure de mise en communication•Mode de connexion•Mode de transmission•Détection des erreurs liées au matériel et à l’environnement

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1 PHYSIQUE

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•Contrôle de flux (files d’attente)•Correction des erreurs liées au matériel et à l’environnement

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

LIAISON

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•Routage des informations selon les chemins possibles•Contrôle de l’engorgement•Gestion de la redondance

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

RESEAU

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•Fiabilité de la transmission•Identification des données (système d’adressage)•Multiplexage

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

TRANSPORT

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•Organisation des échanges par périodes (sessions)

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

SESSION

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•Compression des données•Cryptage des données•Traduction des langages de fichier

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

PRESENTATION

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•Détermination et identification des correspondants•Synchronisation entre programmes et systèmes distants•Procédures poussées de contrôle des données •Répartition des tâches•Sécurité, confidentialité

Couche Dénomination

7

6

5

4

3

2

1

APPLICATION

6. Les topologies

1. Bus

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Très répandu pour les réseaux de terrainAjout/retrait d'une station instantanéLes éléments sont raccordés en simple dérivation Atténuation du signal possible

2. Anneau

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Inadapté aux réseaux de terrainAjout/retrait d'une station difficileLes éléments sont raccordés à la suite Pas d'atténuation du signalRedondance naturelle

3. Etoile

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Assez répandu en réseau de terrainAjout/retrait d'une station simpleLiaison dédiée à chaque station Pas d'atténuation du signalL'automate programmable joue le rôle du routeur

4. Point à Point

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Assez répandu en réseau de terrain (Maître / Esclave)Ce n'est pas vraiement un réseauLiaison dédiée à chaque station Pas d'atténuation du signal

5. Arborescente

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Niveau supérieur

Peu répandu en réseau de terrain Liaison dédiée à chaque station Pas d'atténuation du signal

6. Maillée

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Peu répandu en réseau de terrain Acheminement des informations compliquéLiaison dédiée à chaque station Pas d'atténuation du signalStructure des réseaux ethernet (intranet et internet)

7. Bus Arborescente

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Très répandu pour les réseaux de terrainNiveau supérieur réseau de supervisionNiveau inférieur réseau de terrainPasserelle entre les deux réseauxAjout/retrait d'une station instantanéLes éléments sont raccordés en simple dérivation Atténuation du signal possible

7. Les méthodes d'accès au réseau

1. Maître / Esclave• Modbus

2. Jeton tournant• Modbus Plus• Profibus• Unitelway

3. Premier qui parle• Ethernet

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8. Les méthodes de communication

1. Simplex• Mise à l'heure des pendules• Affichage aéroports

2. Semi-Duplex• Le plus utilisé en réseau de terrain

3. Duplex• Inexistant (Rare) en réseau de terrain

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9. Le media

1. Câble• Coaxial• Paire torsadée blindée• Paire torsadée non blindée

2. Fibre optique• Monomode• Multimode

• Saut d'indice• Gradient d'indice

3. Radio• Wifi etc..

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10. Les modes d'exploitation du media

• Concerne la couche physique (couche N°1)• Signal sans composante continue • Signal avec de nombreuses transitions• Concentrer la puissance dans le signal• Transmission en bande de base• Signal à 2, 3 ou 4 niveaux

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• Mode NRZ (Non Retour à Zéro)• Signal sans composante continue • Bande passante 1/Tm

• Densité Spectrale de Puissance centrée en f=0• Mal adapté aux liaison atténuant les basses fréquences et le continu

• Récupération d'horloge non garantie• Repérage des fils nécessaire• Très utilisé (Modbus..)

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• Mode NRZI (Non Retour à Zéro avec bit stuffing)• Résoud le problème de synchronisation d'horloge• Un '0' artificiel est inséré après 6 '1'• Mode de l'USB

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• Mode biphasé ou diphasé ou Manchester• Les niveaux '0' et '1' sont remplacés par des transitions• Signal sans composante continue • Bande passante 2/Tm• Densité Spectrale de Puissance centrée en f=1/Tm

• Adapté aux liaison atténuant les basses fréquences et le continu• Récupération d'horloge garantie• Repérage des fils nécessaire• Très utilisé (Ethernet, Profibus...)

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• Mode Manchester Différentiel

• On reprends le principe précédent, mais:• Le repérage des fils n'est plus nécessaire car:

• Très utilisé (Ethernet, Profibus...)

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• Mode MLT3• Code à 3 niveaux (ternaire)• Signal sans composante continue • Bande passante 1/Tm• Densité Spectrale de Puissance réduite mais non nul à f=0

• Assez adapté aux liaison atténuant les basses fréquences et le continu• Récupération d'horloge non garantie• Repérage des fils non nécessaire• Très utilisé en réseau local (Ethernet 100base-T4) et sur la fibre

optique (avec porteuse)

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